Композиционные материалы на основе полиимидов

Размещено на http://www.allbest.ru//

Композиционные материалы на основе полиимидов

Д. В. Крамарев

В работе изучаются различные факторы, влияющие на реакцию имидизации полиамидокислоты, исследованы параметры, влияющие на физико-механические свойства получаемых полиимидных плёнок, а также показаны возможности модификации полиимидных материалов с целью улучшения физико-механических характеристик.

Ключевые слова: полиимиды, полиамидокислота, имидизация, эпоксидные смолы, композиционные материалы, модификация полимеров.

полиимид композиционный материал

Анализ разработок в области создания полимерных композиционных материалов, которые сочетают в себе высокие физико-механические показатели, а также термоустойчивость, термостабильность, огнестойкость, химстойкость и способность противодействовать радиации и УФ излучению, показывают, что в качестве полимерной основы могут быть эффективно использованы полиимиды - полимеры из чередующихся ароматических и гетероциклических циклов. Целью настоящей работы является создание композиционного материала на основе полиимидной матрицы с повышенной эластичностью без потери основных эксплуатационных характеристик полиимидов.

Высокая термостойкость полиимидов связана со стабилизацией структуры и упрочнением связей за счёт эффектов сопряжения благодаря наличию неподеленной пары электронов у гетероатома в цикле (у азота) и атомов с высокой электроотрицательностью (кислород в карбонильных группах) [1]. Однако, несмотря на ряд несомненных достоинств полиимидов, они не лишены и ряда недостатков, среди которых сложность в переработке и низкое значение относительного удлинения при растяжении. Чтобы нивелировать эти недостатки, в настоящее время разрабатываются полимидные материалы, содержащие «шарнирные» группы, повышающие гибкость макромолекул [2]. В настоящей работы в качестве преполимера использована полиамидокислота (ПАК), синтезируемая в ОАО «МИПП-НПО «Пластик» из диангидрида 3,3I,4,4I-дифенилоксидтетракарбоновой кислоты (ДФО) производства КНПО «Карболит» (г.Кемерово) и диаминдифенилового эфира резорцина (Диамина Р) производства ВНИПИМ (г.Тула). Схема реакции представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Реакция получения полиамидокислоты

В качестве растворителя полученной полиамидокислоты использовался N,N-диметилформамид (ДМФА), в среде которого и проводился синтез. Конечный продукт синтеза- лак ПАК с массовой долей полиамидокислоты ~15% масс. Первой задачей, поставленной нами в ходе данной работы, был поиск оптимальной температуры для проведения реакции имидизации полученной полиамидокислоты с целью получения полиимида с высокими физико-механическими свойствами. Нами были сделаны плёнки ПАК методом полива (подложка - фторопласт). Раствор на подложке помещался в термошкаф при температуре 100оС с целью испарения избыточного количества растворителя. Полученные плёнки далее отдирались от подложки, зажимались в рамки из фторопласта и опять помещались в термошкаф при определенной температуре на 30 минут. При этом протекала реакция имидизации - получение полиимида из полиамидокислоты. Схема реакции имидизации представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Схема реакции имидизации

Полученные плёнки оценивались нами по физико-механическим характеристикам, таким как относительное удлинение при растяжении и прочность при растяжении. Полученные данные представлены в Таблице 1.

Таблица 1. Механические свойства плёнок ПИ

Как видно из представленных в таблице 1 данных, прочность полученных плёнок мало зависит от температуры имидизации и находится на достаточно высоком уровне. Относительное удлинение при растяжении более чувствительно к температуре циклизации и повышается по мере ее возрастания до температуры 250-270оС. Циклизация ПИ при температурах, превышающих 270оС, приводит снова к снижению относительного удлинения плёнок при растяжении. Такой ход кривых связан, очевидно, с изменением молекулярной массы полимера в ходе имидизации и с протеканием на заключительных стадиях реакций структурирования, протекающих в зависимости от строения полимера на различную глубину.

Второй задачей, поставленной нами в ходе данной работы, было исследование возможности модификации полимерных полиимидных материалов с целью увеличения их относительного удлинения при растяжении. С этой целью нами были апробированы различные модификаторы, в числе которых были термоустойчивые эпоксидные смолы ЭТФ и Элад ТТ-27, моноглицидиловый эфир 2-этилгексанола (Лапроксид 301г), триглицидиловый эфир полиоксипропилентриола (Лапроксид 703), олигоциклокарбонат марки Лапролат 301г. Все модификаторы были предоставлены компанией «Макромер» (г. Владимир). Модификаторы вводились в лак ПАК. Массовая доля модификатора рассчитывалась исходя из массы полиамидокислоты. Плёнки ПАК с различными модификаторами получали в термошкафу при температуре 100оС при выдержке 60 минут.

Стоит отменить, что положительный эффект удалось достигнуть, вводя в полиамидокислоту термоустойчивую эпоксидную смолу марки ЭТФ. В остальных случаях наблюдалось резкое снижение прочностных характеристик, которое, по-видимому, связано с низкой совместимостью компонентов смеси. При добавлении модификаторов в концентрациях, превышающих 15% масс. относительно массы исходной ПАК, наблюдается заметное охрупчивание материала.

Прочность при растяжении и относительное удлинение при растяжении полученных ПИ-плёнок представлены на рисунке 3.

Рис. 3. Свойства плёнок ПИ при различном содержании ЭТФ

Из рисунка 3 видно, что оптимальное содержание смолы ЭТФ в композициях составляет 2% масс. Дальнейшее добавление смолы ЭТФ нецелесообразно, происходит резкое снижение прочности при растяжении. Полученные плёнки прозрачны, имеют золотистый окрас.

Литература

Михайлин Ю.А. Термоустойчивые полимеры и полимерные материалы.- СПБ.: Профессия, 2006.- 624 с.

Светличный В.М. Термопластичные полиимиды для композиционных материалов: Автореф. дис. доктора техн. наук. -- Санкт-Петербург, 2007.--43 с.

Размещено на Allbest.ru